专利名称：一种具有软启动及故障保护的大功率开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电源，具体地说是一种具有软启动及故障保护的大功率开关电源。
背景技术：
如
图1所示，现有的大功率开关电源一般包括强电的主功率电路和弱电的PWM控制电路，PWM控制电路输出脉冲宽度调制信号(PWM)控制主功率电路的工作频率，从电源输入端Vin输入的电压信号通过主功率电路进行功率变换后在电源输出端Vout输出；为了保障大功率开关电源的工作安全，电源电路常设置软启动电路、过流故障保护电路、超温故障保护电路和接触器对开关电源进行保护。如图中所示，该开关电源的PWM控制电路主要由型号为UC3879的主控制芯片及其外围电路组成，软启动电路连接在开关电源的电源输入端Vin和PWM控制电路的启动端，即UC3879主控制芯片的SS端之间，当开关电源上电后，软启动电路经过一定的充电时间后，才向PWM控制电路输出逻辑高电平控制其开始工作，实现了开关电源的软启动；过流故障保护电路连接在开关电源的电源输入端Vin和PWM控制电路的故障控制端，即UC3879主控制芯片的CS端之间，过流故障保护电路设有霍尔电流传感器，该电流传感器检测直流母线的工作电流，并在过流时过流故障保护电路向PWM控制电路输出故障信号，PWM控制电路停止工作，直到故障信号消失PWM控制电路才恢复工作；超温故障保护电路检测主功率电路的温度，其输出端连接到PWM控制电路的故障控制端，即UC3879主控制芯片的CS端，在检测主控制电路超温时，超温故障保护电路向PWM控制电路输出故障信号，PWM控制电路停止工作，直到故障信号消失PWM控制电路才恢复工作；接触器接在开关电源的直流母线上，其作为开关电源的电源输入总开关，控制整个开关电源启动或关闭。上述大功率开关电源中软启动电路、过流故障保护电路、超温故障保护电路的设置方式简单，但由于在大功率开关电源工作时，其主功率电路中的开关管和二极管高频通、断会产生很大的电流变化di/dt，这对其弱电控制电路系统，即上述PWM控制电路、软启动电路、过流故障保护电路和超温故障保护电路会产生很强的电磁干扰，严重时导致弱电控制电路系统不能正常工作；特别是对于弱电控制电路中的故障保护和软启动电路来讲，由于其输入信号直接来自主功率电路，极易受到其中变化的高压和大电流的干扰。因此，现有的大功率开关电源存在以下不足第一，过流和超温故障保护电路受主功率电路干扰经常误动作，尤其是在开关电源运行状态发生变化时更加严重，开关电源难以持续正常工作；第二，开关电源在上电起动的过程中由于软启动电路受主功率电路干扰，起动过程中功率并不是平滑的上升，而是存在高频振荡，开关电源工作状态不稳定。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种具有软启动及故障保护的大功率开关电源，能够免受主功率电路中变化的高压和大电流干扰，实现平稳的软启动和可靠的故障保护。本实用新型的目的是通过以下技术措施实现的一种具有软启动及故障保护的大功率开关电源，包括主功率电路、PWM控制电路、软启动电路、过流故障保护电路和超温故障保护电路，所述软启动电路的输出端连接到PWM控制电路的启动端，所述过流故障保护电路和超温故障保护电路的输出端分别连接到PWM控制电路的故障控制端，所述超温故障保护电路和PWM控制电路的故障控制端之间连接有第一光耦合器，所述过流故障保护电路和PWM控制电路的故障控制端之间连接有第二光耦合器，所述软启动电路和PWM控制电路的启动端之间连接有第三光耦合器。作为实用新型的一种改进，所述的大功率开关电源还包括保护继电器和作为大功率开关电源总电源开关的接触器；所述第一光耦合器和第二光耦合器的输出端均分为两路，该两个光耦合器的第一路输出端均连接到PWM控制电路的故障控制端，第一光耦合器的第二路输出端通过第一达林顿三极管连接到所述保护继电器的输入端，第二光耦合器的第二路输出端通过第二达林顿三极管连接到所述保护继电器的输入端，保护继电器的输出端与所述接触器的控制端相连接，所述接触器接在大功率开关电源的直流母线上。作为实用新型的一种改进，所述超温故障保护电路和第一光耦合器之间、所述过流故障保护电路和第二光耦合器之间均连接有用于对输入信号进行放大及滤除干扰噪声预处理的放大及滤波电路。作为实用新型的一种改进，所述的大功率开关电源还包括分别用于提示开关电源超温、过流故障状态和启动状态的数个指示灯；所述数个指示灯分别连接到相应的电路中。作为实用新型的一种实施方式，所述软启动电路包括延时电容、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、运算放大器和二极管；第一分压电阻的一端为软启动电路的输入端，第一分压电阻的另一端通过第二分压电阻接地，第一分压电阻和第二分压电阻的连接点连接到运算放大器的同相输入端，延时电容与第二分压电阻相并联，软启动电路的输入端通过第三分压电阻和第四分压电阻接地，第三分压电阻和第四分压电阻的连接点连接到运算放大器的反相输入端，运算放大器的输出端与二极管的阳极相连接，二极管的阴极为软启动电路的输出端。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果第一，本实用新型采用光耦合器对软启动电路、过流故障保护电路、超温故障保护电路与PWM控制电路进行电气隔离与信号传输，大大降低了它们之间相互干扰和稱合的可能性，因此本实用新型的抗强电磁干扰能力较强，能大幅降低过流和超温故障的误报警和漏报警率，并能实现平稳起动，而且起动过程平滑，使得开关电源的可靠性得到极大提高；第二，本实用新型采用达林顿三极管提供足够的电压、电流驱动保护继电器，在开关电源发生超温或过流故障时通过保护继电器断开主功率电路中的接触器，使开关电源停机，待故障排除，PWM驱动信号恢复后，才可再次开机起动，进一步确保了开关电源的使用安全；
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明图1为现有技术中大功率开关电源的电路原理框图；[0019]图2为本实用新型大功率开关电源的电路原理框图；图3为本实用新型中软启动电路的电路原理图；图4为本实用新型中光耦隔离电路、达林顿三极管阵列接口电路和保护继电器的电路原理图；图5为本实用新型中PWM控制电路的电路原理图。
具体实施方式
如图2至图5所示，本实用新型的具有软启动及故障保护的大功率开关电源，包括主功率电路、PWM控制电路、软启动电路、过流故障保护电路、超温故障保护电路、光耦隔离电路、达林顿三极管阵列接口电路、保护继电器、接触器和指示灯电路。其中，本实用新型与图1所示现有技术的大功率开关电源的主功率电路、PWM控制电路、软启动电路、过流故障保护电路、超温故障保护电路和接触器的连接方式和工作原理均相同，在此不再赘述。参见图3，本实用新型的软启动电路包括延时电容C48、第一分压电阻R87、第二分压电阻R88、第三分压电阻R89、第四分压电阻R90、运算放大器U13A和二极管D37 ;第一分压电阻R87的一端为软启动电路的输入端，第一分压电阻R87的另一端通过第二分压电阻R88接地，第一分压电阻R87和第二分压电阻R88的连接点连接到运算放大器U13A的同相输入端，延时电容C48与第二分压电阻R88相并联，软启动电路的输入端通过第三分压电阻R89和第四分压电阻R90接地，第三分压电阻R89和第四分压电阻R90的连接点连接到运算放大器U13A的反相输入端，运算放大器U13A的输出端与二极管D37的阳极相连接，二极管D37的阴极为软启动电路的输出端Softstart。在开关电源上电瞬间，运算放大器U13A的反相输入端立即上升到8.6V,而同相输入端电位由于有电容C48的原因存在有一个充电上升时间，在此时间内运算放大器U13A的输出电平均为低电平，当电容C48充满电后，同相输入端电位上升至9V，运算放大器U13A翻转，软启动电路输出高电平。
本实用新型的过流故障保护电路、超温故障保护电路和主功率电路采用现有技术中常用的电路形式，超温故障保护电路通过采用温度传感器监测主功率电路中IGBT模块的最高点温度，其输出端Tjneasure输出超温故障保护信号，温度传感器正常状态下是常闭的，正常状态下其输出端Tjneasure输出的超温故障保护信号保持低电平，当监测点温度超过温度传感器的温度设定值，温度传感器动作，其输出端Tjneasure输出的超温故障保护信号跳变为高电平，发出超温报警信号。过流故障保护电路通过采用霍尔电流传感器监测开关电源直流母线上的电流，过流故障保护电路的输出端Ijneasure输出过流故障保护信号，该过流检测信号的幅值与直流母线电流成正比，当其增大到一定幅度时，过流保护动作，过流故障保护电路的输出端Ijneasure输出的过流故障保护信号跳变为高电平。参见图4，本实用新型的光耦隔离电路包括第一光耦合器Ul、第二光耦合器U2和第三光耦合器U3 ;本实用新型的达林顿三极管阵列接口电路包括第一达林顿三极管和第二达林顿三极管，它们选用型号为ULN2803的接口芯片U5实现，本实用新型的保护继电器由四个继电器Κ1 (4组成，本实用新型的指示灯电路包括分别用于提示开关电源超温、过流故障状态和启动状态的四个指示灯LEDfLEDl该四个指示灯分别连接到相应的电路接口上。本实用新型的接触器作为大功率开关电源总电源开关，接在大功率开关电源的直流母线上；上述超温故障保护电路的输出端Tjneasure、过流故障保护电路的输出端1_measure和软启动电路的输出端Softstart分别接入第一光稱合器Ul、第二光稱合器U2和第三光稱合器U3的输入端,第一光稱合器Ul和第二光稱合器U2的输出端均分为两路,该两个光耦合器的第一路输出端CTR2均连接到PWM控制电路的故障控制端CS，第一光耦合器Ul的第二路输出端通过第一达林顿三极管连接到保护继电器的输入端，第二光耦合器U2的第二路输出端通过第二达林顿三极管连接到保护继电器的输入端，保护继电器的输出端通过接口 Xl与接触器的控制端相连接。另外，为了为PWM控制电路软启动提供足够的驱动电流，并且充分利用ULN2803接口芯片U5的资源，上述软启动电路的输出端Softstart通过ULN2803接口芯片U5中的一个达林顿三极管后再接入到PWM控制电路的启动端SS，即UC3879主控制芯片的SS端。参见图5，本实用新型的PWM控制电路由型号为UC3879的主控制芯片U9及其外围电路组成，上述软启动电路的输出端Softstart输出的信号经过光耦和达林顿三极管接入到UC3879主控制芯片U9的启动端SS，在开关电源上电启动时，启动端SS的电位沿一斜率平滑上升，控制PWM控制电路输出的PWM驱动信号平滑移相，避免起动过程弓I起的冲击电流。上述超温故障保护电路的输出端T_measure和过流故障保护电路的输出端I_measure输出的信号经过光耦隔离电路隔离后，一路分别接入UC3879主控制芯片U9的故障保护信号输入CS端；在正常状态时，CS端电位为0，UC3879主控制芯片U9的四路PWM信号正常输出；当有超温或过流故障发生时，CS端电位变为高，UC3879主控制芯片U9的四路PWM信号被封锁，使主功率电路中的IGBT开关管可靠关断；同时，上述超温故障保护电路的输出端Tjneasure和过流故障保护电路的输出端Ijneasure输出的信号经过光耦隔离电路隔离后，另一路通过达林顿三极管阵列电路驱动保护继电器动作，断开功率主电路中的接触器，使开关电源停机，待故障排除，PWM驱动信号恢复后，才可再次开机起动，进一步确保了开关电源的使用安全。另外，本实用新型超温故障保护电路和第一光耦合器Ul之间、过流故障保护电路和第二光耦合器U2之间均连接有用于对输入信号进行放大及滤除干扰噪声预处理的放大及滤波电路，该放大及滤波电路可采用常用的放大电路和滤波电路连接组成。本实用新型不局限与上述具体实施方式
，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。
权利要求1.一种具有软启动及故障保护的大功率开关电源，包括主功率电路、PWM控制电路、软启动电路、过流故障保护电路和超温故障保护电路，所述软启动电路的输出端连接到PWM控制电路的启动端(SS)，所述过流故障保护电路和超温故障保护电路的输出端分别连接到PWM控制电路的故障控制端(CS)，其特征在于:所述超温故障保护电路和PWM控制电路的故障控制端(CS)之间连接有第一光耦合器(U1)，所述过流故障保护电路和PWM控制电路的故障控制端(CS )之间连接有第二光耦合器(U2 )，所述软启动电路和PWM控制电路的启动端(SS)之间连接有第三光耦合器(U3)。
2.根据权利要求1 所述的具有软启动及故障保护的大功率开关电源，其特征在于:所述的大功率开关电源还包括保护继电器和作为大功率开关电源总电源开关的接触器；所述第一光耦合器(Ul)和第二光耦合器(U2)的输出端均分为两路，该两个光耦合器的第一路输出端均连接到PWM控制电路的故障控制端(CS)，第一光耦合器(Ul)的第二路输出端通过第一达林顿三极管连接到所述保护继电器的输入端，第二光耦合器(U2)的第二路输出端通过第二达林顿三极管连接到所述保护继电器的输入端，保护继电器的输出端与所述接触器的控制端相连接，所述接触器接在大功率开关电源的直流母线上。
3.根据权利要求1或2所述的具有软启动及故障保护的大功率开关电源，其特征在于:所述超温故障保护电路和第一光耦合器(Ul)之间、所述过流故障保护电路和第二光耦合器(U2)之间均连接有用于对输入信号进行放大及滤除干扰噪声预处理的放大及滤波电路。
4.根据权利要求3所述的具有软启动及故障保护的大功率开关电源，其特征在于:所述的大功率开关电源还包括分别用于提示开关电源超温、过流故障状态和启动状态的数个指示灯；所述数个指示灯分别连接到相应的电路中。
5.根据权利要求4所述的具有软启动及故障保护的大功率开关电源，其特征在于:所述软启动电路包括延时电容(C48 )、第一分压电阻(R87 )、第二分压电阻(R88 )、第三分压电阻(R89)、第四分压电阻(R90)、运算放大器(U13A)和二极管(D37);第一分压电阻(R87)的一端为软启动电路的输入端，第一分压电阻(R87)的另一端通过第二分压电阻(R88)接地，第一分压电阻(R87)和第二分压电阻(R88)的连接点连接到运算放大器(U13A)的同相输入端，延时电容(C48)与第二分压电阻(R88)相并联，软启动电路的输入端通过第三分压电阻(R89 )和第四分压电阻(R90 )接地，第三分压电阻(R89 )和第四分压电阻(R90 )的连接点连接到运算放大器(U13A)的反相输入端，运算放大器(U13A)的输出端与二极管(D37)的阳极相连接，二极管(D37 )的阴极为软启动电路的输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种具有软启动及故障保护的大功率开关电源，包括主功率电路、PWM控制电路、软启动电路、过流故障保护电路和超温故障保护电路，所述软启动电路的输出端连接到PWM控制电路的启动端，所述过流故障保护电路和超温故障保护电路的输出端分别连接到PWM控制电路的故障控制端，所述超温故障保护电路和PWM控制电路的故障控制端之间连接有第一光耦合器，所述过流故障保护电路和PWM控制电路的故障控制端之间连接有第二光耦合器，所述软启动电路和PWM控制电路的启动端之间连接有第三光耦合器。本实用新型能够免受主功率电路中变化的高压和大电流干扰，实现平稳的软启动和可靠的超温、过流故障保护。
文档编号H02H3/08GK202918187SQ20122058782
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者张兴旺, 刘多亮, 赖前程 申请人:中国电器科学研究院有限公司